Четвъртият период на периодичната система. Общата характеристика на d-елементите D на елемент 4 от периода на периодичната система съответства на

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Калий- първият елемент от четвъртия период. Намира се в I група на основната (A) подгрупа на Периодичната таблица.

Позовава се на елементи от s - семейството. Метални. Металните елементи, включени в тази група, се наричат ​​заедно алкални. Обозначение - К. Сериен номер - 19. Относителна атомна маса - 39.102 amu.

Електронна структура на калиевия атом

Калиевият атом се състои от положително заредено ядро ​​(+19), вътре в което има 19 протона и 20 неутрона, а около, на 4 орбити, се движат 19 електрона.

Фиг. 1. Схематична структура на калиевия атом.

Орбиталното разпределение на електроните е както следва:

1с 2 2с 2 2стр 6 3с 2 3стр 6 4с 1 .

Външното енергийно ниво на калиев атом съдържа 1 електрон, което е валентност. Окислителното състояние на калия е +1. Енергийната диаграма на основното състояние има следната форма:

Развълнувано състояние, въпреки че има свободни работни места 3 стр- и 3 д- без орбитали.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

Целта на тази работа е да се изследват химичните свойства на някои преходни метали и техните съединения.

Металите на страничните подгрупи, така наречените преходни елементи, принадлежат към d - елементи, тъй като в техните атоми те са изпълнени с d - орбитални електрони.

В преходните метали валентните електрони са разположени на d - орбиталата на пред -външното ниво и S - орбиталата на външното електронно ниво. Металността на преходните елементи се обяснява с наличието на един или два електрона във външния електронен слой.

Непълното d-подниво на пред-външния електронен слой причинява различни валентни състояния на метали от странични подгрупи, което от своя страна обяснява съществуването на голям брой техни съединения.

Електроните на d -орбитали участват в химични реакции, след като S -електроните на външната орбитала се изразходват. Всички или част от електроните на d -орбитали на предпоследното електронно ниво могат да участват в образуването на химични съединения. В този случай се образуват съединения, съответстващи на различни валентни състояния. Променливата валентност на преходните метали е тяхното характерно свойство (с изключение на металите от II и III странични подгрупи). Металите на страничните подгрупи IV, V, VI, VII на групи могат да бъдат включени в състава на съединенията както в състояние с най -висока валентност (което съответства на номера на групата), така и в състояния с по -ниска валентност. Така например, титанът се характеризира с 2-, 3-, 4-валентни състояния, а за манган 2-, 3-, 4-, 6- и 7-валентни състояния.

Оксидите и хидроксидите на преходните метали, при които последните са в най -ниско валентно състояние, обикновено проявяват основни свойства, например Fe (OH) 2. По -високите оксиди и хидроксиди се характеризират с амфотерни свойства, например TiO 2, Ti (OH) 4 или киселинни, например
и
.

Редокс свойствата на съединенията на разглежданите метали също са свързани с валентното състояние на метала. Съединенията с по -ниско окислително състояние обикновено проявяват редуциращи свойства, а тези с по -високо окислително състояние проявяват окислителни свойства.

Например, за манганови оксиди и хидроксиди, окислително -възстановителните свойства се променят, както следва:

Сложни съединения.

Характерна особеност на съединенията на преходните метали е способността да образуват комплекси, което се обяснява с наличието на достатъчен брой свободни орбитали във външните и пред-външните електронни нива на метални йони.

В молекулите на такива съединения в центъра се намира комплексообразуващ агент. Около него се координират йони, атоми или молекули, наречени лиганди. Броят им зависи от свойствата на комплексообразувателя, степента на окисляване и се нарича координационен номер:

Комплексообразуващият агент координира два вида лигандри около себе си: анионен и неутрален. Комплексите се образуват, когато няколко различни молекули се комбинират в един по -сложен:

меден (II) сулфотетраамин калиев хексацианоферат (III).

Във водни разтвори сложните съединения се дисоциират, образувайки сложни йони:

Самите сложни йони също са способни на дисоциация, но обикновено в много малка степен. Например:

Този процес е обратим и балансът му рязко се измества наляво. Следователно, според закона за масово действие,

Константата Kn в такива случаи се нарича константа на нестабилност на сложни йони. Колкото по -голяма е стойността на константата, толкова по -силна е способността на йона да се дисоциира на съставните си части. Kn стойностите са дадени в таблицата:

Експеримент 1. Окисляване на йони на Mn 2+ в йони
.

Изсипете малко оловен диоксид в епруветката, така че да е покрито само дъното на епруветката, добавете няколко капки концентрирана
и една капка разтвор
... Загрейте разтвора и наблюдавайте появата на йони
... Напишете уравнението на реакцията. Разтвор на манганова сол трябва да се приема в малко количество, тъй като има излишък от йони
възстановява
преди
.

Експеримент 2. Окисляване чрез йони
в кисели, неутрални и алкални разтвори.

Продукти за намаляване на йони
са различни и зависят от рН на разтвора. Така че, в киселинни разтвори, йонът
редуцирани до йони
.

В неутрални, слабо кисели и слабо алкални разтвори, т.е. в диапазона на рН от 5 до 9, йон
намалява с образуването на перманганова киселина:

В силно алкални разтвори и при липса на редуциращ агент, йонът
редуциран до йон
.

Изсипете 5-7 капки разтвор на калиев перманганат в три епруветки
... Добавете същия обем разредена сярна киселина към една от тях, към другата не добавете нищо и към третата добавете концентриран алкален разтвор. Добавете към трите епруветки капка по капка, разклащайки съдържанието на епруветката, разтвор на калиев или натриев сулфит, докато разтворът се обезцвети в първата епруветка, във втората се появи кафява утайка и разтворът стане зелен в третият. Напишете уравнението на реакцията, като имате предвид, че йонът
се превръща в йони
... Дайте оценка на окислителната способност
в различни среди според таблицата с редокс потенциали.

Опит 3. Взаимодействие на калиев перманганат с водороден прекис. Поставете 1 ml в епруветка. водороден пероксид, добавете няколко капки разтвор на сярна киселина и няколко капки разтвор на калиев перманганат. Какъв газ се отделя? Тествайте го с тлееща факла. Напишете уравнение на реакцията и го обяснете от гледна точка на редокс потенциали.

Опит 4. Сложни съединения на желязото.

А) Получаване на пруско синьо. Към 2-3 капки разтвор на желязна (III) сол добавете капка киселина, няколко капки вода и капка разтвор на хексация - (Р) калиев ферат (жълта кръвна сол). Наблюдавайте появата на пруска синя утайка. Напишете уравнението на реакцията. Тази реакция се използва за откриване на йони
... Ако
взети в излишък, неговата колоидна разтворима форма може да се образува вместо пруската синя утайка.

Разгледайте връзката между пруското синьо и алкала. Какво се наблюдава? Което се дисоциира по -добре. Fe (OH) 2 или сложен йон
?

Б) Получаване на железен тиоцианат III. Добавете капка разтвор на калиев или амониев тиоцианат към няколко капки разтвор на желязна сол
... Напишете уравнението на реакцията.

Проучете отношението на Тиоцианата
до основи и да обяснят наблюдаваното явление. Тази реакция, както и предишната, се използва за откриване на йона
.

Опит 5. Получаване на сложно съединение от кобалт.

Поставете в епруветка 2 капки наситен разтвор на кобалтова сол и добавете 5-6 капки наситен разтвор на амоний: имайте предвид, че това образува разтвор на сложна сол
... Сложни йони
оцветени в синьо и хидратирани йони
- в розово. Опишете наблюдаваните явления:

1. Уравнение за получаване на сложна кобалтова сол.

2. Уравнение на дисоциация на сложна кобалтова сол.

3. Уравнение на дисоциация на сложен йон.

4. Изразяване на константата на нестабилност на сложен йон.

Контролни въпроси и задачи.

1. Какви свойства (окисляващи или редуциращи) проявяват съединенията с най -високо окислително състояние на елемента? Направете уравнение на електрон-йони и молекулни реакции:

2. Какви свойства проявяват съединенията със средно окислително състояние на даден елемент? Съставете електронно-йонните и молекулярните реакционни уравнения:

3. Посочете отличителните и подобни свойства на желязото, кобалта, никела. Защо Д. И. Менделеев поставя кобалта между желязото и никела в периодичната таблица на елементите, въпреки стойността на атомното му тегло?

4. Напишете формулите на сложни съединения на желязо, кобалт, никел. Какво обяснява добрата комплексообразуваща способност на тези елементи?

5. Как се променя характерът на мангановите оксиди? Каква е причината за това? Какви окислителни числа може да има манганът в съединенията?

6. Има ли прилики в химията на манган и хром? Как се изразява.

7. На какви свойства на манган, желязо, кобалт, никел, хром се основава тяхното приложение в технологиите?

8. Дайте оценка на окислителната способност на йони
и намаляване на способността на йони
.

9. Как да обясним, че окислителните числа на Cu, Ag, Au са повече от +17.

10. Обяснете почерняването на среброто във времето във въздуха, озеленяването на медта във въздуха.

11. Направете уравнението на реакциите, протичащи по схемата.

d-елементите и техните съединения имат редица характерни свойства: променливи степени на окисляване; способността да се образуват сложни йони; образуването на цветни съединения.

Цинкът не е включен в броя на преходните елементи. Неговите физични и химични свойства не позволяват да бъде класифициран като преходен метал. По -специално, в своите съединения той проявява само едно окислително състояние и не проявява каталитична активност.

d-елементите имат някои особености в сравнение с елементите на основните подгрупи.

1. В d-елементите само малка част от валентните електрони са делокализирани в целия кристал (докато в алкални и алкалоземни метали валентните електрони са напълно отказани за колективна употреба). Останалите d-електрони участват в образуването на насочени ковалентни връзки между съседните атоми. По този начин тези елементи в кристално състояние нямат чисто метална връзка, а ковалентна метална връзка. Следователно всички те са твърди (с изключение на Hg) и огнеупорни (с изключение на Zn, Cd) метали.

Най -огнеупорни метали са VV и VIV подгрупи. В тях половината от d-поднивото е изпълнено с електрони и се реализира максимално възможният брой несдвоени електрони и съответно най-голям брой ковалентни връзки. По -нататъшното запълване води до намаляване на броя на ковалентните връзки и спад в температурите на топене.

2. Поради незапълнените d-обвивки и наличието на незапълнени ns и np нива, близки по енергия, d-елементите са склонни към комплексиране; техните сложни съединения обикновено са оцветени и парамагнитни.

3. d-Елементите по-често от елементите на основните подгрупи образуват съединения с променлив състав (оксиди, хидриди, карбиди, силициди, нитриди, бориди). Освен това те образуват сплави помежду си и с други метали, както и интерметални съединения.

4. D-елементите се характеризират с голям набор от валентни състояния (Таблица 8.10) и в резултат на това промяна в киселинно-алкалните и окислително-възстановителни свойства в широк диапазон.

Тъй като някои от валентните електрони са в s-орбитали, най-ниските окислителни състояния, които проявяват, обикновено са равни на две. Изключение правят елементите, чиито йони E +3 и E +имат стабилни конфигурации d 0, d 5 и d 10: Sc 3+, Fe 3+, Cr +, Cu +, Ag +, Au +.

Съединенията, в които d-елементите са в най-ниско окислително състояние, образуват кристали от йонния тип, проявяват основни свойства в химичните реакции и като правило са редуциращи агенти.

Стабилността на съединенията, в които d-елементите са в най-високо окислително състояние (равно на номера на групата), се увеличава във всеки преходен ред отляво надясно, достигайки максимум за 3d елементи в Mn, а във втория и третия преходни редове в Ru и Os съответно .... В рамките на една подгрупа стабилността на съединенията с най-високо окислително състояние намалява в сериите 5d> 4d> 3d, както се вижда от естеството на промяната в енергията на Гибс (изобарно-изотермичен потенциал) на същия тип съединения, например :

Това явление е свързано с факта, че с увеличаване на главното квантово число в рамките на една подгрупа, разликата между енергиите на (n - 1) d и ns подоравнища намалява. Тези съединения се характеризират с ковалентно-полярни връзки. Те са кисели по природа и са окислители (CrO 3 и K 2 CrO 4, Mn 2 O 7 и KMnO 4).

Съединенията, в които d-електроните са в междинни окислителни състояния, проявяват амфотерни свойства и редокс двойственост.

5. Сходството на d -елементите с елементи от основните подгрупи E (0) се проявява напълно в елементите на третата група ns 2 np 1 и (n - 1) d 1 ns 2. С увеличаването на броя на групите той намалява; елементи от подгрупа VIIIA - газове, VIIIB - метали. В първата група отново се появява далечно сходство (всички елементи са метали), а елементите на подгрупата IB са добри проводници; това сходство се засилва във втората група, тъй като d-елементите Zn, Cd и Hg не участват в образуването на химични връзки.

6. d-елементи от IIIV-VIIV подгрупи в по-високи степени на окисление са сходни по свойства със съответните р-елементи. По този начин, в по -високите степени на окисление, Mn (VII) и Cl (VII) са електронни аналози. Сходството на електронните конфигурации (s 2 p 6) води до сходство на свойствата на съединенията на седмовалентен манган и хлор. Mn 2 O 7 и Cl 2 O 7 при нормални условия са нестабилни течности, които са анхидриди на силни киселини с обща формула NEO 4. В по -ниските степени на окисление манганът и хлорът имат различни електронни структури, което води до рязка разлика в свойствата на техните съединения. Например, долният хлорен оксид Cl 2 O (s 2 p 4) е газообразно вещество, което е анхидрид на хлороводородна киселина (HClO), докато долният манганов оксид MnO (d 5) е твърдо кристално вещество с основна природа.

7. Както е известно, редуциращата способност на метала се определя не само от неговата йонизационна енергия (M - ne - → M n +; + ∆H йонизация), но и от енталпията на хидратация на образувания катион (M n + + mH 2 O → M n + · mH 2 O; –∆H хидр). Енергиите на йонизация на d-елементите са големи в сравнение с други метали, но те се компенсират от големите енталпии на хидратация на техните йони. В резултат на това потенциалите на електрода на повечето d-елементи са отрицателни.

В периода с увеличаване на Z редуциращите свойства на металите намаляват, достигайки минимум за елементи от група IB. Тежките метали от групи VIIIB и IVB са наречени благородни заради своята инертност.

Окислително-редукционните тенденции на съединенията с d-елемент се определят от промяната в стабилността на по-високите и по-ниските степени на окисляване, в зависимост от тяхното положение в периодичната система. Съединенията с максимално окислително състояние на даден елемент проявяват изключително окислителни свойства, а тези с по -ниско окислително състояние проявяват редуциращи свойства. Mn (OH) 2 се окислява лесно във въздуха Mn (OH) 2 + 1 / 2O 2 = MnO 2 + H 2 O. Съединенията на Mn (IV) лесно се редуцират до Mn (II): MnO 2 + 4HCl = MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O, но се окислява до Mn (VII) със силни окислители. Перманганатен йон MnO 4 - може да бъде само окислител.

Тъй като за d-елементите в подгрупата стабилността на по-високите степени на окисляване се увеличава отгоре надолу, окислителните свойства на съединенията с най-високо окислително състояние рязко спадат. По този начин съединенията на хром (VI) (CrO 3, K 2 CrO 4, K 2 Cr 2 O 7) и манган (VII) (Mn 2 O 7, KMnO 4) са силни окислители и WO 3, Re 2 О 7 и солите на съответните киселини (H 2 WO 4, HReO 4) се редуцират трудно.

8. Киселинно-алкалните свойства на хидроксидите на d-елемент се влияят от същите фактори (стойността на йонния радиус и йонния заряд), както при хидроксидите на р-елемента.

Хидроксидите с по-ниски степени на окисление на d-елементите обикновено проявяват основни свойства, а тези, съответстващи на по-високи степени на окисление, са киселинни. В междинни степени на окисляване хидроксидите са амфотерни. Промяната в киселинно-алкалните свойства на хидроксидите с промяна в окислителното състояние е особено изразена в манганови съединения. В поредицата Mn (OH) 2 - Mn (OH) 3 - Mn (OH) 4 - H 2 MnO 4 - HMnO 4, свойствата на хидроксидите варират от слаба основа Mn (OH) 2 до амфотерни Mn (OH) 3 и Mn (OH) 4 до силни киселини H 2 MnO 4 и HMnO 4.

В рамките на една подгрупа, хидроксидите на d-елемент със същото окислително състояние се характеризират с увеличаване на основните свойства при движение от горе до долу. Например, в група IIIB, Sc (OH) 3 е слаба основа, а La (OH) 3 е силна основа. Елементи IVB от групи Ti, Zn, Hf образуват амфотерни хидроксиди E (OH) 4, но техните киселинни свойства отслабват при преминаване от Ti към Hf.

9. Отличителна черта на преходните елементи е образуването на фази с променлив състав. Това са, първо, интерстициални и заместващи твърди разтвори и, второ, съединения с променлив състав. Твърдите разтвори се образуват от елементи с близки електронегативи, атомни радиуси и еднакви кристални решетки. Колкото повече елементите се различават по природа, толкова по -малко се разтварят един в друг и са по -склонни към образуване на химични съединения. Такива съединения могат да имат постоянен и променлив състав. За разлика от твърдите разтвори, в които решетката на един от компонентите е запазена, съединенията се характеризират с образуване на нова решетка и нови химични връзки. С други думи, само тези фази с променлив състав са класифицирани като химични съединения, които рязко се различават по структура и свойства от първоначалните.

Съединения с променлив състав се характеризират със следните характеристики:

а) Съставът на тези съединения зависи от метода на получаване. Така, в зависимост от условията на синтез, титановите оксиди имат състав TiO 1,2–1,5 и TiO 1,9–2,0; титанови и ванадиеви карбиди - TiC 0,6–1,0 и VC 0,58–1,09, титанов нитрид TiN 0,45–1,00.

б) Съединенията запазват кристалната си решетка със значителни колебания в количествения състав, тоест имат широк диапазон на хомогенност. По този начин, TiC 0.6–1.0, както следва от формулата, запазва решетката от титанов карбид с липса на до 40% въглеродни атоми в нея.

в) Характерът на връзката в такива съединения се определя от степента на запълване на d-орбитали на метала. Електроните на вградените неметали населяват свободните d-орбитали, което води до увеличаване на ковалентността на връзката. Ето защо делът на металната връзка в съединенията на изходните елементи на d-серията (групи IV-V) е намален.

Наличието на ковалентна връзка в тях се потвърждава от големи положителни енталпии на образуване на съединения, по -висока твърдост и точка на топене, по -ниска електрическа проводимост в сравнение с образуващите ги метали.

Медта е елемент от единадесетата група от четвъртия период на периодичната система от химични елементи на Д. И. Менделеев, с атомен номер 29. Обозначава се със символа Cu (лат. Cuprum). Простото вещество мед (CAS номер: 7440-50-8) е златисто-розов пластмасов преходен метал (розов при липса на оксиден филм). Той се използва широко от хората от дълго време.

Елементи от 4 -ти период на Периодичната таблица

Ориз. 3.8. Зависимост от температурата на топене ( T pl) и кипене ( T kip), енталпия на топене (D З pl) и кипене (D З kip), твърдостта на Бринел на прости вещества от 4 -ти период върху броя на електроните на външното енергийно ниво (броят на електроните върху напълно запълнената обвивка на благородния газ Ar)

Както бе отбелязано, методът на валентната връзка може да се използва за описване на химическата връзка между металните атоми. Подходът към описанието може да бъде илюстриран с примера на калиев кристал. Калиевият атом има един електрон на външно енергийно ниво. В изолиран калиев атом този електрон е на 4 с-орбитални. В същото време, калиевият атом не се различава много по енергия от 4 с-орбиталите са свободни, не са заети от електрони, орбитали, принадлежащи на 3 д, 4стр-под-нива. Може да се предположи, че по време на образуването на химическа връзка валентният електрон на всеки атом може да бъде разположен не само на 4 с-орбитали, но и в една от свободните орбитали. Един валентен електрон на атома му позволява да реализира една единствена връзка с най -близкия съсед. Наличието в електронната структура на атома на свободни орбитали, които се различават малко по енергия, предполага, че атомът може да „улавя“ електрон от съседа си към една от свободните орбитали и след това той ще може да образува две единични връзки с най -близките съседи. Поради равенството на разстоянията до най -близките съседи и неразличимостта на атомите, са възможни различни варианти на реализация на химически връзки между съседните атоми. Ако разгледаме фрагмент от кристалната решетка на четири съседни атома, тогава възможните опции са показани на фиг. 3.9.

Елементи на 4 -ти период на Периодичната таблица - понятие и видове. Класификация и характеристики на категорията „Елементи от 4-ти период на Периодичната таблица“ 2015, 2017-2018.

В тази статия липсват връзки към източници на информация. Информацията трябва да бъде проверима, в противен случай може да бъде поставена под въпрос и изтрита. Можете да ... Уикипедия

Периодът е линия от периодичната таблица на химичните елементи, последователност от атоми според нарастващия ядрен заряд и запълването на външната електронна обвивка с електрони. Периодичната таблица има седем периода. Първият период, съдържащ 2 елемента ... Уикипедия

104 Лорънс ← Rutherfordium → Dubnium ... Wikipedia

Д. И. Менделеев, естествената класификация на химичните елементи, която е табличен (или друг графичен) израз на периодичния закон на Менделеев (Виж периодичния закон на Менделеев). П. с. NS. разработен от Д. И. Менделеев през 1869 г. ... ... Велика съветска енциклопедия

Дмитрий Менделеев- (Дмитрий Иванович Менделеев) Биография на Менделеев, научна дейност на Менделеев Информация за биографията на Менделеев, научна дейност на Менделеев Съдържание Съдържание 1. Биография 2. Член на руския народ 3. Периодична научна дейност ... Енциклопедия на инвеститорите

Периодична таблица на химичните елементи (периодична таблица) класификация на химичните елементи, установяваща зависимостта на различните свойства на елементите от заряда на атомното ядро. Системата е графичен израз на периодичния закон, ... ... Уикипедия

Периодична таблица на химичните елементи (периодична таблица) класификация на химичните елементи, установяваща зависимостта на различните свойства на елементите от заряда на атомното ядро. Системата е графичен израз на периодичния закон, ... ... Уикипедия

Периодична таблица на химичните елементи (периодична таблица) класификация на химичните елементи, установяваща зависимостта на различните свойства на елементите от заряда на атомното ядро. Системата е графичен израз на периодичния закон, ... ... Уикипедия

Химични елементи (периодична таблица) класификация на химичните елементи, която установява зависимостта на различните свойства на елементите от заряда на атомното ядро. Системата е графичен израз на периодичния закон, установен от руската ... ... Уикипедия